一种机车受电弓平衡杆的设计

冯 叶，李 军，王秋红，孙 宁

（中车株洲电力机车有限公司电气分公司，湖南 株洲 412001）

一种机车受电弓平衡杆的设计

冯 叶，李 军，王秋红，孙 宁

（中车株洲电力机车有限公司电气分公司，湖南 株洲 412001）

受电弓在升降弓过程中保持弓头水平的方式，目前为平衡杆方式，现开发一种通过限制受电弓弓头转轴自由度的方式，来实现此功能，以适应日益多样的线路环境。

受电弓；平衡杆；自由度

1 概述

配属某机务段HXD1型回段检修时发现A节受电弓止挡杆伸出到碳滑板上表面，受电弓在非正常工作状态下受流回段。根据某机务段客户意见：在不改变受电弓原有技术条件的基础上，对其在线运行的HXD1机车受电弓平衡杆组装进行重新设计改造，消除平衡杆伸出碳滑板上表面的可能性。现对新平衡杆进行了试制，并完成静态验证，如图1所示。

图1 止挡杆伸出碳滑板上表面图

2 平衡杆功能及结构

根据单臂受电弓的工作原理，平衡杆起到稳定弓头组装的作用，在升降弓过程中避免弓头发生倾翻从而引起弓网匹配故障。目前单臂受电弓平衡杆的功能主要有以下两种结构形式实现：

（1）设置平衡杆止挡，即目前受电弓的方案。这种结构仅在受电弓升降过程限制弓头自由度，当受电弓在正常工作状态，平衡杆止挡在滑板接触网线后不与弓头接触，弓头完全处于自由状态。如图2所示，止挡处于下臂杆、上框架、平衡杆、止挡杆组焊组装形成的平行四边形结构中。在受电弓工作范围内，止挡始终保持近似水平位置，保证在升降过程托举滑板避免弓头发生倾翻。

（2）限制弓头转轴的方案。平衡杆直接与弓头转轴相连，限制转轴的转动以达到不倾翻弓头的目的。这种结构弓头本身就具有超过10°的弓头自由度，不管在升降弓过程还是受电弓正常工作状态，平衡杆始终限制着转轴的转动，如图3所示。

图3 限制转轴方案

3 受电弓平衡杆优化方案

3.1 设计原则

设计原则：①弓头自由度≥10°；②不与其他部件发生干涉；③静态接触压力不受影响。

3.2 设计项点

（1）平衡杆四杆尺寸链确定。基于现有TSG15B受电弓下臂杆、上框架的尺寸，参考限制转轴方案的平衡杆原理及尺寸，进行优化，选取导杆组焊长度100，平衡杆长度1930。如表1所示。

表1 平衡杆原理及尺寸表

（2）缓冲部件。由于TSG15B受电弓原平衡杆方案在受电弓工作状态时不限制弓头转动，弓头本身不具有转动自由度。优化为限制转轴方案后，为保证滑板接触网线后保证贴合，弓头需要在工作范围内灵活偏转±5°以上。因此平衡杆需设置缓冲作用的弹簧盒，可以按照弓头偏转角度自动调节长度适应四杆结构，如图4所示。

图4 弹簧盒原理图

弹簧盒中活塞在套筒内左右移动，移动范围为0-40，活塞两侧为弹簧，弹力在+20到+20（1910到1950）范围由40N降低到0N，其中1930位置，弹簧盒弹力为25N，如图5所示。

图5 弹力行程图

（3）具体方案。优化方案平衡杆长度为1930，两端为活接头，中间为具有缓冲作用的弹簧盒。1930长度时，弓头处于水平位置，提供25N的支撑力，且在1930长度有正负20调节。

经计算，平衡杆由最短1910逐渐变长到1950时，弓头摆动从负15°变化到正15°，平衡杆对弓头提供的支撑力由正40N降低到0N，后滑板受力由-7N增大到+7N，前滑板受力从+7N降低到-7N，对应数据如表2所示。

表2 对应数据表

4 试制调试

（1）试制检查。试制出样品后，通过反复升降弓试验检查，在落弓位、最大升弓位、常用工作位均未发现与弓头铰接、下臂杆铰接、上框架、电流连接等部件存在接触干涉。如图6、图7、图8、图9所示。

图6 最大升弓位下臂杆端

图7 最大升弓位弓头端

图8 常用工作位下臂杆端

图9 常用工作位弓头端

图10 弓头自由度1（7.7°）

图11 弓头自由度2（6.4°）

（2）受电弓特性检查。由于新平衡杆方案一端直接与弓头转轴相连，限制了弓头的转动量，而受电弓标准中要求弓头具有一定的自由度（大于10°），因此在受电弓工作范围内对自由度进行了检测，如图10、图11所示，自由度为14.1°，符合要求。

5 结语

通过理论分析计算、实物试制以及静态调试的结果，可以得知新平衡杆能够在受电弓静态下保证升弓特性及弓头的稳定性。后续对新平衡杆进行试装车考核，进一步考察其在长期动态作用下的各项性能。

Design of a Locomotive Pantograph Balance Bar

FENG Ye，LI Jun，WANG Qiu-hong，SUN Ning
（Electrical Branch of Zhongche Zhuzhou Electric Locomotive Co.,LTD.，Zhuzhou，Hunan 412001，China）

The pantograph keeps the head of a bow at a level in the process of lifting the bow.At present，it is balance bar，and the paper intends to develop a way of limiting the pantograph head rotating degree of freedom to achieve the function to adapt to the increasingly diverse circuit environment.

pantograph；balance bar；freedom

U264.34

A

2095-980X（2016）10-0027-02

2016-09-15

冯叶（1985-），男，陕西宝鸡人，大学本科，工程师，主要研究方向：机车车辆高压电器。